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Die Erfindung betrifft ein Koerzimeter
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Ein Koerzimeter ist ein Meßsystem
zum Prüfen
magnetischer Kenngrößen von
Dauermagneten, wie zum Beispiel die Koerzitivfeldstärke. Ein
aufmagnetisierter Magnet (Prüfling)
wird mittels dem Koerzimeter mit definierten Gegenfeldern geschwächt. Das Magnetfeld
des dadurch geschwächten
Magnets wird gemessen und mit dem ursprünglichen Magnetfeld, das der
Magnet vor der Schwächung
aufwies, verglichen. Die Genauigkeit der Meßergebnisse ist von der Genauigkeit
der Größe der schwächenden Gegenfelder
direkt abhängig.
Die Gegenfelder werden in einer Spule des Koerzimeters erzeugt,
in dem ein aufgeladener Kondensator über diese Spule entladen wird.
Das so erzeugte Magnetfeld ist direkt proportional zur Aufladespannung
an dem Kondensator. Für
eine gute Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse
ist die Aufladung des Kondensators auf eine vorgegebene definierte
Spannung die Voraussetzung. Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines
Magnetfeldes zum Prüfen
von Dauermagneten ist beispielsweise aus der
DE 34 05 494 bekannt.
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Im folgenden wird ein herkömmliches
Koerzimeter anhand der 1 beschrieben.
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Eine Spule L zur Erzeugung von Magnetfeldern,
mit dem Magnete geprüft
werden, und ein Kondensator C bilden einen Schwingkreis. Ein Thyristor T
ist zwischen dem Kondensator C und der Spule L geschaltet. Während dem
Aufladen des Kondensators C bleibt der Thyristor T gesperrt. Nach
dem Aufladen des Kondensators C wird der Thyristor T gezündet, so
daß ein
Strompuls durch die Spule L durch Entladen des Kondensators C erzeugt
wird. Zum Aufladen des Kondensators C ist ein Spannungstransformator
ST vorgesehen, der eingangsseitig mit einem dreiphasigen Drehstrom-Thyristorsteller
S und ausgangsseitig mit einer Reihenschaltung aus dem Kondensator
C und einem Widerstand R verbunden. Zwischen dem Kondensator C und dem
Spannungstransformator ST ist eine Diodenbrücke aus Dioden D vorgesehen,
die den Strom auf der Ausgangsseite des Spannungstransformators
ST gleichrichtet. Der Thyristorsteller S ist mit einer dreiphasigen
Netzspannung verbunden. Zum Aufladen des Kondensators C wird der
Thyristorsteller S eingeschaltet, so daß die Netzspannung auf den
Spannungstransformator ST schaltet. Der vom Spannungstransformator ST
ausgangsseitig erzeugte Strom lädt
den Kondensator C, so daß die
Spannung am Kondensator C steigt. Der Widerstand R begrenzt den
Aufladestrom, um einen Kurzschluß zu Beginn des Aufladevorgangs
zu vermeiden.
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Der Kondensator C ist mit einem Komparator K
verbunden, der die Spannung am Kondensator C mit einem Sollwert
vergleicht. Ferner ist der Komparator K mit dem Thyristorsteller
S verbunden. Erreicht die Spannung des Kondensators C den Sollwert,
so wird mittels dem Komparator K der Thyristorsteller S abgeschaltet.
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Nachteilig an einem solchen Koerzimeter
ist, daß durch
den Thyristorsteller S auch nach Abschalten eine Zeitlang Strom
fließen
kann, da die Thyristoren in dem Thyristorsteller S erst beim nächstfolgenden
Stromnulldurchgang sperren. Dieser Nulldurchgang kann bei einem
dreiphasigen Drehstrom bei einer Netzfrequenz von 50 Hz im ungünstigsten
Fall bis zu 10 ms nach dem Abschalten des Thyristorstellers, das
heißt
nach dem Stoppen der Zündimpulse
für die Thyristoren,
stattfinden. Die Zeitspanne zwischen dem Abschalten des Thyristorstellers
S und dem Sperren des Thyristorstellers S ist abhängig von
der Phasenlage der Netzspannung zu den Zündpulsen und kann folglich
bei jedem Prüfdurchgang
anders sein. Dadurch kommt es zu einem undefinierten Überladen
des Kondensators C, so daß die
Größe der Aufladespannung
ungenau ist. Um die Aufladeungenauigkeit möglichst gering zu halten, muß der Aufladevorgang
möglichst
langsam stattfinden, das heißt,
es müssen
kleine Ströme
genutzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Koerzimeter anzugeben, der im Vergleich zum Stand der Technik genauere
Meßergebnisse
liefert.
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Die Aufgabe wird gelöst durch
die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Besondere Ausführungsarten
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Ausschaltzeitpunkt des IGBT bestimmt also
das Ende des Aufladevorgangs, so daß die Phasenlage der Netzspannung
zu den Zündpulsen
des Thyristorstellers keine Rolle spielt. Es kommt folglich auch
zu keinem variablen Überladen
des Kondensators, so daß die
Größe der Aufladespannung
genau und reproduzierbar ist, und folglich das Koerzimeter genauere
Meßergebnisse
liefert. Ferner kann das Koerzimeter eine wesentlich höhere Aufladegeschwindigkeit
aufweisen.
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Ein IGBT ist ein Halbleiterelement,
dessen Ein- und Ausschaltzeiten im Bereich von Mikrosekunden liegen
und viel kürzer
sind als die Ein- und Ausschaltzeiten von Thyristoren, vom Thyristorsteller oder
von mechanischen Schaltern.
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Wegen dem sehr schnellen Abschalten
des Aufladestroms (I), der vorzugsweise viel höher ist als im Stand der Technik,
ist es vorteilhaft, wenn die induktive Energie (E = L I2/2)
die in den Induktivitäten (L)
des Spannungstransformators und der Leitungen zwischen dem Spannungstransformator
und den Schaltbausteinen umgewandelt und abgebaut wird. Vorzugsweise
ist eine Zusatzschaltung vorgesehen, die parallel zur Reihenschaltung
aus dem IGBT und dem ersten Kondensator geschaltet ist und derart ausgelegt
ist, daß Energie
im Spannungstransformator nach Abschalten des IGBT umgewandelt und
abgebaut wird.
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Beispielsweise weist die Zusatzschaltung eine
Diode, einen Widerstand und einen zweiten Kondensator auf, die in
Reihe geschaltet sind. Die Diode ist so gepolt, daß während dem
Aufladen des ersten Kondensators Strom in Durchlaßrichtung
der Diode fließt,
so daß auch
der zweite Kondensator aufgeladen wird. Die Spannung am zweiten
Kondensator folgt während
des Aufladevorgangs in etwa der Spannung am ersten Kondensator.
Ab dem Zeitpunkt des Abschaltens des Aufladestroms übernimmt
der zweite Kondensator die sich abbauende induktive Energie des
Spannungstransformators.
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Vorzugsweise ist parallel zum zweiten
Kondensator eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem
Schaltelement geschaltet. Während dem
Aufladevorgang bleibt das Schaltelement geöffnet, so daß sich der
zweite Kondensator optimal auflädt.
Erst nachdem die induktive Energie in den Induktivitäten des
Spannungstransformators im wesentlichen im zweiten Kondensator gespeichert
ist, schließt
das Schaltelement, so daß der
zweite Kondensator entladen wird. Das Schließen des Schaltelements erfolgt
allerdings erst nachdem der IGBT ausgeschaltet, d.h. geöffnet ist,
und vorzugsweise nach Entladung des ersten Kondensators. Das Schaltelement
ist beispielsweise ein weiterer IGBT. Alternativ ist das Schaltelement
ein Thyristor.
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Zur Notentladung des ersten Kondensators ist
vorzugsweise parallel zum ersten Kondensator eine Reihenschaltung
aus einen Widerstand und einem Thyristor geschaltet. Der Thyristor
ist dabei so gepolt, daß bei
einer Notentladung des ersten Kondensators nach Zünden des
Thyristors ein Strom durch den Widerstand fließen kann. Eine Notentladung
ist beispielsweise dann erforderlich, wenn die Spule abgekoppelt
wird, so daß der
erste Kondensator nicht über
die Spule entladen werden kann.
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Statt einem ersten Kondensator können mehrere
erste Kondensatoren vorgesehen sein, deren Entladung einen Strompuls
durch die Spule erzeugen.
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Der Wechselstrom kann einphasig oder
ein mehrphasiger, vorzugsweise dreiphasiger, Drehstrom sein.
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Der Spannungstransformator ist vorzugsweise
so ausgelegt, daß er
Netzspannungen zwischen 200 Volt und 500 Volt ausgangsseitig zu
Spannungen zwischen 1000 Volt und 5000 Volt umwandelt.
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Die Gleichrichterschaltung kann beispielsweise
eine Diodenbrücke
sein.
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Der Thyristorsteller kann auch durch
den Komparator ausgeschaltet werden.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der 2 näher erläutert.
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2 zeigt
ein Koerzimeter mit einem Thyristorsteller, einem Spannungstransformator,
einer Diodenbrücke,
einer Spule, einem ersten Kondensator, einem zweiten Kondensator,
einem IGBT, einem weiteren IGBT, einem ersten Widerstand, einem zweiten
Widerstand, einem dritten Widerstand, einem Komparator, einem ersten
Thy ristor, einem zweiten Thyristor, einer ersten Diode und einer
zweiten Diode.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel
ist ein Koerzimeter mit einer Spule L' vorgesehen, in der zu prüfende Magnete
eingeführt
werden können.
Mittels der Spule L' werden Magnetfelder erzeugt, mit denen die
Magnete geprüft
werden können.
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Ein erster Kondensator C1 und die
Spule L' bilden einen Schwingkreis, dessen Schwingung initiiert
wird, wenn ein erster Thyristor T1, der zwischen dem ersten Kondensator
C1 und der Spule L' geschaltet ist, gezündet wird.
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Das Koerzimeter weist einen dreiphasigen Drehstrom-Thyristorsteller
S' auf, der mit einer Netzspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden
ist. Ein Spannungstransformator ST' ist eingangsseitig mit dem dreiphasigen
Drehstrom-Thyristorsteller
S' verbunden. Ausgangsseitig ist der Spannungstransformator ST'
mit einer Diodenbrücke
verbunden, deren Dioden D' so geschaltet sind, daß der durch
den Spannungstransformator ST' ausgangsseitig erzeugte Strom gleichgerichtet
wird. Die Netzspannung beträgt
ca. 400 Volt. Der Spannungstransformator ST' transformiert eingangsseitig
anliegende 400 Volt nach ausgangsseitig anliegenden 1100 Volt.
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Ein IGBT I und der erste Kondensator
C1 bilden eine Reihenschaltung, die mit der Diodenbrücke verbunden
ist. Parallel zu dieser Reihenschaltung ist eine Zusatzschaltung
geschaltet. Die Zusatzschaltung besteht aus einer ersten Diode D1,
einem ersten Widerstand R1 und einem zweiten Kondensator C2, die
eine Reihenschaltung bilden, sowie aus einer Reihenschaltung, die
durch einen zweiten Widerstand R2 und einen weiteren IGBT I' gebildet
wird und die parallel zum zweiten Kondensator C2 geschaltet ist.
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Ein Komparator K' ist mit dem ersten
Kondensator C1 verbunden und derart ausgelegt, daß er die
Spannung am ersten Kondensa tor C1 mit einem Sollwert vergleicht.
Dieser Sollwert kann vom Benutzer vorgegeben werden. Der Sollwert
ergibt sich durch Berechnung der benötigten Aufladespannung am ersten
Kondensator C1 für
eine bestimmte Größe eines
zu erzeugenden Magnetfeldes in der Spule L'.
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Der Komparator K' ist derart mit
dem IGBT I und dem Thyristorsteller S' verbunden, daß bei Übereinstimmung
der Spannung am ersten Kondensator C1 mit dem Sollwert der IGBT
I und der Thyristorsteller S' abgeschaltet werden. Dadurch das Abschalten des
IGBT I wird der Aufladevorgang abgebrochen.
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Zum Aufladen des ersten Kondensators
C1 wird der Thyristorsteller S' eingeschaltet, so daß die Netzspannung
auf den Spannungstransformator ST' geschaltet wird. Aufgrund der
gleichrichtenden Diodenbrücke
wird der erste Kondensator C1 aufgeladen. Beim Aufladevorgang ist
die erste Diode D1 in Durchlaßrichtung
gepolt, so daß zugleich
auch der zweite Kondensator C2 mit zeitlicher Verzögerung aufgrund
des ersten Widerstands R1 aufgeladen wird. Der weitere IGBT I' ist
während
dem Aufladevorgang offen, so daß kein
Strom durch den zweiten Widerstand R2 fließt. Erreicht die Spannung am
ersten Kondensator C1 den Sollwert, so wird der IGBT I durch den
Komparator K' geöffnet,
d.h. abgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt liegt am ersten Kondensator
C1 die maximale Spannung an. Dies ist die Aufladespannung. Zu diesem
Zeitpunkt wird durch den Komparator K' auch der Thyristorsteller
S' abgeschaltet, der jedoch in der Regel erst kurz nach diesem Zeitpunkt sperrt.
Die im Spannungstransformator ST' und den Leitungen zu den verschiedenen
Bauelementen gespeicherte induktive Energie wird durch die Zusatzschaltung
aufgefangen, umgewandelt und abgebaut. Dabei steigt zunächst die
Spannung am zweiten Kondensator C2 kurzfristig an. Es handelt sich
beim zweiten Kondensator C2 um eine Art Pufferkondensator. Anschließend wird
der weitere IGBT I' geschlossen, so daß Ladung auf dem zweiten Kondensator
C2 über
den zweiten Wider stand R2 abfließen kann. Die induktive Energie
wird also im zweiten Widerstand R2 abgebaut.
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Möglichst
gleich nach dem Öffnen
des IGBT I wird ein Schwingen des Schwingkreises initiiert, damit
die volle Aufladespannung am ersten Kondensator C1 ausgenutzt werden
kann. Dazu wird der erste Thyristor T1 gezündet.
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Eine zweite Diode D2 ist parallel
zur Spule L' geschaltet und derart gepolt, daß während der ersten Halbwelle
der Schwingung kein Strom durch die zweite Diode D2 fließen kann.
Die zweite Diode D2 dient dazu, die gespeicherte Energie in der
Spule L' abzubauen.
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Parallel zum ersten Kondensator C1
ist eine Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand R3 und einem
zweiten Thyristor T2 geschaltet. Der zweite Thyristor T2 wird nur
in Notfällen
gezündet.
Dazu ist der zweite Thyristor T2 so gepolt, daß bei nach einem Aufladevorgang
aufgeladenen ersten Kondensator C1 der abfließende Strom nach Zünden des zweiten
Thyristors T2 in Durchlaßrichtung
des zweiten Thyristors T2 fließt.
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Vorzugsweise beträgt die Zeit zwischen dem Öffnen des
IGBT I und dem Zünden
des ersten Thyristors T1 zwischen 40 und 60 ms.
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Die Zeit zwischen dem Einschalten
des Thyristorstellers ST' und dem Öffnen des IGBT I, das heißt die Aufladezeit,
beträgt
vorzugsweise zwischen unter 0,3 Sekunden und ist anhängig vom
Sollwert der Spannung am ersten Kondensator C1 und von der Leistung
des Spannungstransformators ST'.